Optimum design of composite hydrogen pressure vessels by stochastic search methods
Stokastik arama yöntemleri ile kompozit hidrojen basınçlı kapların optimum tasarımı
- Tez No: 511843
- Danışmanlar: DOÇ. DR. HATİCE SEÇİL ARTEM
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 79
Özet
Günümüzde fiber takviyeli polimerik kompozit malzemeler uzay ve uçak sanayii, savunma sanayi, spor ekipmanları ve ulaşım endüstrilerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Tez çalışmasının konusu filament sarım ile üretilen silindirik kompozit hidrojen depolama tanklarıdır. Hidrojen depolama tanklarının yakıt hücresi ile çalışan araçlarda olduğu gibi hareket halinde kullanılacağı uygulamalarda, özel güvenlik prosedürlerini ve ağırlık limitlerini sağlaması gerekmektedir. Bu sebeple hidrojen depolama tankları, yüksek mukavemetli ve düşük ağırlığa sahip karbon fiber takviyeli polimerik kompozit malzemelerden imal edilmektedir. Bu tezde,“Differential Evolution”ve“Nelder-Mead”stokastik optimizasyon algoritmaları kullanılarak, metal astarlı silindirik kompozit hidrojen depolama tanklarının dizayn ve optimizasyonu gerçekleştirilmiştir. Dizaynların mekanik analizi, klasik laminasyon teorisi ve ince cidarlı basınçlı kap teorisine dayanmaktadır. Çalışmanın amacı, ilk tabaka kırılmasını baz alan 700 bar çalışma basıncı ile 2.0 güvenlik faktörünü sağlayan tank dizaynları geliştirmektir. Bir diğer amaç ise hacim değişiminin fiber oryantasyon açısı ve tabaka sayısına etkisi incelenmiştir. Bu amaçla, 4 farklı hacme sahip silindirik kompozit depolama tank dizaynı optimize edilmiştir. Hacimdeki değişim iç yarıçap ile sağlanmıştır. Farklı olarak kategorize edilmiş Tsai-Wu, Maksimum Stres ve Hashin-Rotem kırılma kriterleri hasar analizi için kullanılmıştır. Optimizasyon işlemlerinde kırılma kriter indeksi minimize edilirken, fiber açı oryantasyonu ve tabaka sayısı değişken bırakılmıştır. Algoritmaların CPU yükünü tespit etmek için işlem zamanları hesaplanmıştır. Güvenlik katsayısını sağlayan basınçlı tankların optimizasyonu gerçekleştirilmiştir ve depolama hacmindeki değişimin fiber açı oryantasyonu, tabaka sayısı ve işlem zamanlarında değişime sebep olduğu görülmüştür.
Özet (Çeviri)
Fiber-reinforced composite materials are extensively used in many engineering applications such as aircraft wings and frames, vehicle drive shafts, sport equipment, and pressure storage vessels. One of the reasons for the extensive use of laminated composite materials is their tailorable nature, which allows them to satisfy specific design objectives in an application. As an application, hydrogen-powered fuel cell vehicles require high amount of hydrogen to increase distance range. Hence, hydrogen is pressurized at elevated rates. Since, it is hard to satisfy safety and weight regulations for high pressure gas, composite storage vessels offering high strength with low weight are preferred. Optimization techniques are applied to the design of composite pressure vessels to maximize strength with comprising weight restrictions. In the thesis, first-ply failure optimizations of stacking sequence design of cylindrical composite pressure vessels with metal liner having 700-bar working pressure and safety factor of 2.0, have been performed using stochastic search algorithms which are Differential Evolution and Nelder Mead. Three separately categorized failure theories; Tsai-Wu, Maximum Stress and Hashin-Rotem criteria have been incorporated to failure analysis of the vessel designs. In addition, the effects of volume on the stacking sequence design have been investigated. Hence, four volumetrically separated pressure vessel designs have been considered. Change in volume has been provided by inner radius. Single objective optimization has been set to minimize failure criteria index which incorporates into classical lamination theory. Fiber orientation angles and number of plies are design variables. CPU time has been calculated to compare the workloads of algorithms. In conclusion, optimized pressure vessels have provided design targets and the difference in volume has caused variable fiber angle orientations, number of plies and CPU time.
Benzer Tezler
- Design and development of the composite hydrogen storage tanks by using stochastic optimization methods
Yüksek basınçlı kompozit hidrojen depolama tanklarının stokastik optimizasyon yöntemleri kullanılarak tasarlanması ve geliştirilmesi
OZAN AYAKDAŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Makine Mühendisliğiİzmir Katip Çelebi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ LEVENT AYDIN
- Kimyasal buhar biriktirme yöntemi ile volfram çekirdekli bor fiber üretiminde sistem tasarımı
System design in tungsten-cored boron fiber production by chemical vapor deposition
SELİM ERTÜRK
Doktora
Türkçe
2012
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL DUMAN
- Determination of preparation conditions for membrane electrode assembly of PEM electrolyzer
PEM elektrolizörünün membran elektrot aksanının hazırlanma şartlarının belirlenmesi
DERYA DÜZGÖREN
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Enerjiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüEndüstri Mühendisliği Bölümü
DOÇ. DR. EROL ŞEKER
PROF. DR. GÜLDEN GÖKÇEN AKKURT
- Kimyasal buhar biriktirme yöntemi ile grafen sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of graphene with chemical vapor deposition
EMRE ÇITAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Kimya MühendisliğiSelçuk ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA KARAMAN
- Glikoz kullanılarak katalitik hidrojenizasyon yöntemi ile sorbitol üretimi
Sorbitol production with catalytic hydrogenation from glucose
MELTEM ÖZTÜRK
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Gıda MühendisliğiAkdeniz ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA ERBAŞ